Сценарий урока на тему
«Эволюционная роль мутаций»
Дата проведения: 14.10.2014
Предмет: Биология
Тема урока «эволюционная роль мутаций»;
Учебник: Мамонтов С.Г., Сонин Н.И. «Биология. Общие закономнргости» 9 класс.: Дрофа, 2006.
Цель урока : создать условия для усвоения понятия мутация, рассмотреть эволюционную роль мутаций.
Задачи урока:
Воспитательная: патриотическое воспитание на примере отечественных ученых, изучивших мутационный процесс;
Развивающая: формирование умений и навыков самостоятельной работы, заложить основы для изучения генетики;
Образовательная : рассмотреть суть мутационного процесса, выявить его роль в эволюции.
Тип урока : Комбинированный.
Метод проведения : беседа, объяснение, самостоятельная работа групповая работа.
Ход урока:
Организационный момент . Приветствие. Подготовка аудитории к работе. Проверка наличии учащихся.
Проверка знаний учащихся и целепологание .
Учитель: сейчас мы выполним тестовое задание, с помощью которого мы узнаем что мы будем изучать на сегодняшнем уроке. (учащиеся приступают к выполнению теста). Приложение 1.
Учитель вместе с учащимися, с помощью правильно выполненного теста, сообщают тему урока и цель урока.
Номер вопроса | |||||||
Изложение нового материала.
Учитель: Записываем тему урока: Эволюционная роль мутаций.
Вспомним, эволюция делится на два вида:
Эволюция
Микроэволюция Макроэволюция
Дайте определение понятия микроэволюция? (видообразование).
Учитель проводит фронтальный опрос чтобы направить учащихся на самостоятельное изучение данной темы:
Единицей наследственности, является …?
Где находится хромосома?
С помощью рисунка на презентации и рассуждений вместе с учителем, учащиеся сами формулируют определение термину ген. (Ген – это участок молекулы ДНК, содержащая наследственную информацию).
Учитель: живой организм и каждая его клетка всегда подвергаются различным воздействиям окружающей среды. Воздействие внешней среды могут вызвать нарушения в процессе деления клетки и «ошибки» в копировании генов и хромосом. Как вы думаете, к чему приводят такие «ошибки»? (Мутациям)
Мутация – изменения наследственного аппарата клетки, затрагивающие целые клетки или их части.
Учитель: Вопрос классу: Какова роль мутаций в эволюционном процессе? Для ответа на этот вопрос мы рассмотрим более подробно мутационный процесс. Какими бывают мутации?
Полезные мутации: мутации, которые приводят к повышенной устойчивости организма (устойчивость тараканов к ядохимикатам). Вредные мутации: глухота, дальтонизм. Нейтральные мутации: мутации никак не отражаются на жизнеспособности организма (цвет глаз, группа крови).
Благодаря изучению генетических процессов в популяции живых организмов эволюционная теория получила дальнейшее развитие. Большой вклад в популяционную генетику внес русский ученый С.С. Четвериков. Он обратил внимание на насыщенность природных популяций рецессивными мутациями, а также на колебания частоты генов в популяциях в зависимости от действия факторов внешней среды и обосновал положение о том, что эти два явления - ключ к пониманию процессов эволюции.
Действительно, мутационный процесс - постоянно действующий источник наследственной изменчивости. Гены мутируют с определенной частотой. Подсчитано, что в среднем одна гамета из 10 тыс. - 1 млн. гамет несет вновь возникшую мутацию в определенном локусе. Так как одновременно мутируют многие гены, то 10-15 % гамет несут те или иные мутантные аллели. Поэтому природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. Благодаря комбинативной изменчивости мутации могут широко распространяться в популяциях. Большинство организмов гетерозиготно по многим генам. Можно было бы предположить, что в результате полового размножения среди потомства будут постоянно выщепляться гомозиготные организмы, а доля гетерозигот должна неуклонно падать. Однако этого не происходит. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев гетерозиготные организмы лучше приспособлены, чем гомозиготные.
Вернемся к примеру с бабочкой березовой пяденицей. Казалось бы, светлоокрашенных бабочек, гомозиготных по рецессивному аллелю (аа), обитающих в лесу с темными стволами берез, быстро должны уничтожить враги и единственной формой в данных условиях обитания должны стать темноокрашенные бабочки, 202 гомозиготные по доминантному аллелю (АД). Но на протяжении длительного времени в закопченных березовых лесах Южной Англии постоянно встречаются светлые бабочки березовой пяденицы. Оказалось, что гусеницы, гомозиготные по доминантному аллелю, плохо усваивают листья берез, покрытые гарью и копотью, а гетерозиготные гусеницы растут на этом корме гораздо лучше. Следовательно, большая биохимическая гибкость гетерозиготных организмов приводит к их лучшему выживанию и отбор действует в пользу гетерозигот.
Таким образом, хотя большинство мутаций в данных конкретных условиях оказывается вредным и в гомозиготном состоянии мутации, как правило, снижают жизнеспособность особей, они сохраняются в популяциях благодаря отбору в пользу гетерозигот. Для понимания эволюционных преобразований важно помнить, что мутации, вредные в одних условиях, могут повышать жизнеспособность в других условиях среды. Помимо приведенных примеров можно указать на следующий. Мутация, обусловливающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, безусловно, вредна в обычных условиях, и бескрылые особи быстро вытесняются нормальными. Но на океанических островах и горных перевалах, где дуют сильные ветры, такие насекомые имеют преимущество перед особями с нормально развитыми крыльями.
Таким образом, мутационный процесс - источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создает основу для действия естественного отбора.
Вопросы для повторения и задания
Какие попупяционно-генетические закономерности выявил русский биолог С.С. Четвериков?
Какова частота мутирования одного определенного гена в естественны» условиях существования особей?
В чем причина гетерозиготности природных популяций?
В чем заключается эволюционная роль мутаций?
Еще по теме Глава 16.МИКРОЭВОЛЮЦИЯ. 141. ЭВОЛЮЦИОННАЯ РОЛЬ МУТАЦИЙ:
- ПРОГРАММА ЭВОЛЮЦИОННОГО РАЗВИТИЯ Вселенский Разум имеет программу эволюционного развития, которая заложена в нашем разуме на уровне подсознания.
11 класс. Биология (ПРОФ)
Тема урока: «Материал для естественного отбора. Мутации. Эволюционная роль мутаций».
Цель урока: Сформировать понятие «мутация»; рассмотреть виды мутации и выявить эволюционную роль мутаций.
Ход урока
Организационный момент
Актуализация знаний
Беседа о виде и его критериях.
Изучение нового материала
Мутации – это изменения в ДНК клетки. Возникают при действии УФ, радиации… передаются по наследству, служат материалом для Е.О.
Генные мутации (точечные, трансгенации) – изменение строение одного гена в последовательности нуклеотидов: выпадение, вставка, замена.
ДНК: ТТЦ- ТГТ- АА А -ТТТ- ЦАГ
ААГ-АЦА- ТТ Т - ААА- ГТЦ - замена пары А-Т на Ц-Г
ДНК: ТТЦ- ТГТ- АА Ц ---- А -ТТТ- ЦАГ
ААГ-АЦА- ТТ Г ---- Т - ААА- ГТЦ -вставка пары Ц-Г
ДНК: ТТЦ- ТГТ- АА _ -ТТТ- ЦАГ
ААГ-АЦА- ТТ _ - ААА- ГТЦ - выпадение пары А-Т
Транзиции – одно пуриновое основание в паре нуклеотидов заменяется на другое, а пиримидиное на другое пиримидиновое. А(пурин)Т(пиримидин) на Г(пурин)Ц(пирим)
Трансверсии – пуриновое основание заменяется на пиримидиновое, а пиримидиновое на пуриновое. АТ на ЦГ
Причины – нарушения при репликации, репарации, рекомбинации. Вызывают наследственные заболевания связанные с обменом веществ.
Хромосомные мутации (перествройки или аберрации) – внутрихромосомные изменения или межхромосомные обмены.
Внутрихромосомные перествройки – структурные изменения в пределах одной хромосомы.
Делеция (нехватка) – потеря участка хромосомы.
ABCDEFGH-----ABCEFGH
Дефишенси – нехватка концевого участка хромосомы.
ABCDEFGH-----ABCDEFG
Дупликация – повторение какого либо участка 9тандема) хромосомы.
Прямая тандемия ABCBCDE
Обращённая тандемия ABCCBDE
Концевая дупликация ABABCDE
Мультипликация ABCDCDCDCDEFGH
Инверсии – поворот участка хромосомы на 180.
ABCDEFGH---ABCFEDGH
Межхромосомные перестройки – одно или двустороннее перемещение участков с одной хромосомы на другую, а также взаимодействие негомологичных хромосом.
Транслокации – обмен фрагментами м/у негомологичными хромосомами.
AB CDE / FGH MNO CDE / FGH
MNO PQ / R AB PQ / R
Транспозиции – перемещение участка в пределах одной хромосомы.
ABCDE / FGH ------ ABE / FDCGH
Причины – разрывы хромосом или хроматид и воссоединение их в новых сочетаниях.
Геномные мутации – Изменения количества хромосом. Причины – нарушения при расхождении хромосом.
Полиплоидия – кратные изменения. У животных не вствречаются, у растений приводят к увеличению размера.
Анеуплоидия – изменения на 1-2 хромосомы. (синдром Ш-Е 44х; Дауна – 21, Патау-13, Эдвардс-18)
Мутационный процесс – постоянно действующий источник наследственной изменчивости . Благодаря этому популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. Благодаря комбинативной изменчивости мутации могут широко распространиться в популяциях.
Большинство организмов гетерозиготно по многим генам, так как они лучше приспособлены чем гомозиготы.
ПРИМЕР: Светлоокрашенные бабочки берёзовой пяденицы (аа), обитающие в лесу с тёмно окрашенными стволами деревьев быстро должны быть уничтожены врагами, так как заметны. И единственной формой обитания должны стать темноокрашенные бабочки, гомозиготные по доминантной аллели (АА). Но очень долго встречались светлые бабочки (аа). Оказывается гусеницы (АА) плохо усваивают листья берёз покрытых гарью, а гусеницы (Аа) растут на этом корме гораздо лучше. Следовательно, болшая биохимическая гибкость гетерозиготных организмов приводит к их лучшему выживанию и отбор действует в пользу гетерозигот.
Мутации вредные в одних условиях, могут повышать жизнеспособность в других условиях.
ПРИМЕР: мутация, обуславливающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, безусловно вредна в обычных условиях., и бескрылые особи быстро вытесняются нормальными. Но на океанических островах, где дуют сильные ветры, такие насекомые имеют преимущество перед особями с нормальными крыльями. Так не сдуваются потоками воздуха.
Мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяции. Высокая степень генетического разнообразия популяций – основа для действия Е.О.
Причины многообразия фенотипических проявлений.
Изменение регуляторных генов, приводящих к изменению времени и места включения в работу генов. Активация генов на более ранних этапах онтогенеза, вызывает и усиливает плейотропный эффект гена и, следовательно, большее число его проявлений. (Плейотропия – один ген влияет на несколько фенотипических признаков (рыжий цвет волос обуславливает более светлую кожу и веснушки; белые голубоглазые коты имеют склонность к глухоте; У овса окраска чешуйки и длина семени регулируются одним геном).
У более высокоорганизованных групп живых организмов в большей степени изменяется сам процесс реализации наследственной информации.
Закрепление
Освещение основных вопросов по данной теме. (стр. 40 учебника)
Рефлексия
Из этого урока вы узнаете о том, как мутации связаны с эволюционным процессом. Вспомните или узнаете, что такое мутации. Каково их значение? Как онкологические заболевания связаны с эволюцией? В данном уроке вы познакомитесь с двумя видами наследственной изменчивости (комбинативной и мутационной) и рассмотрите мутации как постоянный источник наследственной изменчивости. Вы узнаете о вероятности возникновения мутаций, их последствиях для организмов, а также путях распространения мутаций в популяции. Будут рассмотрены принципы поддержания генетического разнообразия видов благодаря гетерозиготным особям.
Тема: Эволюционное учение
Урок: Эволюционная роль мутаций
1. Наследственная изменчивость
Одной из главных движущих сил эволюций по Ч. Дарвину является наследственная изменчивость. Более-менее очевидно, что Ч. Дарвин изучал наследственную изменчивость, не обладая современными генетическими представлениями. Сегодня известно, что наследственная изменчивость - это результат полового процесса и мутационного процесса (см. Схема 1).
2. Мутационный процесс
Мутационный процесс - это один из главных источников наследственной изменчивости.
Гены мутируют с определенной частотой.
По современным представлениям, вероятность возникновения мутации в конкретной паре нуклеотидов составляет около 10-8. Поэтому, если человеческий геном состоит из около 3 миллиардов нуклеотидов, то каждый человеческий потомок несет около 30 мутаций, которых не было у его родителей.
Мутации широко распространены в популяциях. Не все мутации затрагивают гены - большая часть мутаций накапливается в некодирующих последовательностях.
По своим последствиям для организма, мутации можно условно разделить на вредные, полезные и нейтральные (см. Схему 2).
Полезные мутации чрезвычайно редки. Можно предположить, что организмы, гомозиготные по вредным мутациям, будут постоянно исключаться из популяции. Частота мутантной аллели будет падать, соответственно, будет падать и доля гетерозигот. Но, на самом деле, в популяциях этого не происходит, потому что гетерозиготные организмы, как правило, оказываются более приспособленными к условиям внешней среды.
Рассмотрим это явление на примере популяций бабочки Берёзовой пяденицы. Кажется, что светлоокрашенных бабочек, гомозиготных по рецессивной аллели, обитающих в лесу с темными стволами, должны полностью уничтожить враги. Единственной формой в данных условиях должны стать тёмноокрашенные бабочки, гомозиготные по доминантной аллели. Но на самом деле в закопченных лесах южной Англии постоянно встречаются белые бабочки. Почему? Рецессивные аллели в популяции сохраняются у гетерозиготных организмов (см. Рис.3).
Рис. 3. Две формы березовой пяденицы на темном стволе дерева: легко различимая белая сверху и темная едва заметная под ней
Таким образом, хотя большинство мутаций в генах оказываются вредными, они все-таки присутствуют в популяции. Стоит отметить, что мутации, оказавшиеся вредными в одном случае, могут быть полезными в другом.
Например, мутации насекомых, приводящие к рождению бескрылых особей, безусловно, вредны, и такие особи проигрывают своим крылатым соперникам. Но когда эти насекомые попадают на берег моря или горные перевалы, где дуют очень сильные ветры, то бескрылые особи получают преимущество перед крылатыми насекомыми.
Таким образом, мутационный процесс создает резерв для наследственной изменчивости; увеличивая генетическое разнообразие популяции, он создает основу для естественного отбора.
2.1. Скорость мутаций
Скорость возникновения мутаций в целом постоянна для каждого таксона, но в разных царствах живых организмов она отличается. Максимальна эта скорость возникновения мутаций (мутагенеза) у микроорганизмов и вирусов.
Скорость мутаций иногда может скачкообразно возрастать. Обычно это происходит при попадании организма в неблагоприятные условия среды. В таком случае скорость мутации может ускоряться более чем на порядок.
2.2. Скорость мутаций
Вредные мутации у диплоидных организмов обычно проявляются только в гомозиготном состоянии.
В крупных популяциях такие мутации реже проявляются, чем в малочисленных группах особей. При близкородственном скрещивании (например, между братьями и сестрами) мутантные аллели чаще попадают в гомозиготное состояние и проявляются в фенотипе.
Домашнее задание
1. Что такое мутации? Как они возникают? Какими они бывают?
2. Что такое элиминация? Как происходит элиминация вредной мутации?
3. Что такое относительная приспособленность организма? В чем она выражается?
4. Какие факторы называют мутагенными? В чем их польза и вред?
5. Какова скорость возникновения мутаций?
6. Обсудите с друзьями относительность приспособленности живых организмов. Какие полезные практические выводы можно сделать, исходя из знания об относительной приспособленности организмов?
1. Википедия.
2. Википедия.
3. Википедия.
Список литературы
1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
2. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е изд., стереотип. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с.
3. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. - 5-е изд., стереотип. - Дрофа, 2010. - 388 с.
4. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е изд., доп. - Дрофа, 2010. - 384 с.
Мутации - материал эволюции. Мутация - Редкие, случайно возникающие стойкие изменения генотипа, затрагивающие весь геном (совокупность генов), целые хромосомы или их части. Конечный эффект мутации - изменение свойств белков. Мутационная изменчивость играет роль главного поставщика наследственных изменений. Именно она является первичным материалом всех эволюционных преобразований.
Таким образом, хотя большинство мутаций в данных конкретных условиях оказывается вредным и в гомозиготном состоянии мутации, как правило, снижают жизнеспособность особей, они сохраняются в популяциях благодаря отбору в пользу гетерозигот. Для понимания эволюционных преобразований важно помнить, что мутации, вредные в одних условиях, могут повышать жизнеспособность в других условиях среды. Помимо приведенных примеров можно указать на следующий. Мутация, обусловливающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, безусловно вредна в обычных условиях, и бескрылые особи быстро вытесняются нормальными. Но на океанических островах и горных перевалах, где дуют сильные ветры, такие насекомые имеют преимущество перед особями с нормально развитыми крыльями.
Таким образом, мутационный процесс - источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создает основу для действия естественного отбора.
19. Популяционная генетика
Популяционная генетика , или генетика популяций - наука, изучающая распределение частот аллелей и их изменение под влиянием четырех движущих сил эволюции: мутагенеза, естественного отбора, дрейфа генов и миграционного процесса. Она также принимает во внимание субпопуляционные структуры и пространственную структуру популяции. Популяционная генетика пытается объяснить адаптацию и специализацию и является одной из основных составляющих синтетической теории эволюции.
20. Генетические характеристики популяций: наследственная гетерогенность
21. Генетические характеристики популяций: внутреннее генетическое единство
22. Генетические характеристики популяций: динамическое равновесие отдельных генотипов
Частоты отдельных аллелей в генофонде позволяют вычислять генетические изменения в данной популяции и определять частоту генотипов. Математическая зависимость между частотами аллелей и генотипов в популяциях была установлена в 1908 г. независимо друг от друга английским математиком Дж. Харди и немецким врачом В. Вайнбергом. Эта зависимость получила название закон Харди – Вайнберга (равновесие Харди – Вайнберга). Закон этот гласит: «В бесконечно большой популяции из свободно скрещивающихся особей в отсутствие мутаций, избирательной миграции организмов с различными генотипами и давления естественного отбора первоначальные частоты доминантного и рецессивного аллелей сохраняются постоянными из поколения в поколение».
Из уравнения Харди – Вайнберга следует, что значительная доля имеющихся в популяции рецессивных аллелей находится у гетерозиготных носителей. Фактически гетерозиготные генотипы служат важным потенциальным источником генетической изменчивости. Это приводит к тому, что в каждом поколении из популяции может элиминироваться лишь очень малая доля рецессивных аллелей. Только те рецессивные аллели, которые находятся в гомозиготном состоянии, проявятся в фенотипе и тем самым подвергнутся селективному воздействию факторов среды и могут быть элиминированы. Многие рецессивные аллели элиминируются потому, что они неблагоприятны для фенотипа – обуславливают либо гибель организма еще до того как он успеет оставить потомство, либо «генетическую смерть», т.е. неспособность к размножению.
С другой стороны, дрейф генов имеет место в любой популяции конечной численности, с той лишь разницей, что события развиваются с гораздо меньшей скоростью, чем при численности в две особи. Генный дрейф имеет два важных последствия. Во-первых, каждая популяция теряет генетическую изменчивость со скоростью, обратно пропорциональной ее численности. Со временем какие-то аллели становятся редкими, а затем и вовсе исчезают. В конце концов, в популяции остается один-единственный аллель из имевшихся, какой именно – это дело случая. Во-вторых, если популяция разделяется на две или большее число новых независимых популяций, то дрейф генов ведет к нарастанию различий между ними: в одних популяциях остаются одни аллели, а в других – другие. Процессы, которые противодействуют потере изменчивости и генетическому расхождению популяций, – это мутации и миграции.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. Заведений.– М.: Гуманит.изд.центр ВЛАДОС,2003.– 512с.:ил.
Энциклопедия для детей. Том 23. Универсальный иллюстрированный энциклопедический словарь / Глав. ред. Е.А. Хлебалина, отв. ред. Д.И. Люри.– М.:Аванта+,2003.– 688с.: ил.
Захаров В.Б. Общая биология: Учеб. Для 10-11 кл. общеобраз. Учреждений / В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин.– 7-е изд., стереотип.– М.: Дрофа,2004.– 624 с.: ил.
Иоганнсен В. Л., О наследовании в популяциях и чистых линиях, М. - Л., 1935;
Лобашев М. Е., Генетика, Л., 1967.